Збалансоване живлення рослин: від функціонального дефіциту до системної стратегії підвищення врожайності: огляд літератури
Анотація
Метою даного дослідження було обґрунтування функціональної ієрархії поживних речовин та розробка прикладної біохімічної моделі для оптимізації управління поживними речовинами в рослинах. Методологія дослідження поєднувала комплексний аналіз міжнародних та національних наукових джерел із систематизацією біохімічних взаємодій між макро- та мікроелементами. Було встановлено, що поглинання та активація поживних речовин у рослинах відбувається за певною біохімічною послідовністю, в якій сірка, бор, кремній і кальцій виступають ініціаторами, що активують метаболічні шляхи, забезпечуючи ефективне засвоєння азоту, магнію, фосфору, вуглецю та калію. У дослідженні проаналізовано фізіологічні та біохімічні механізми взаємозв'язків між поживними речовинами та продемонстровано, що така послідовна активація забезпечує баланс між структурним розвитком, фотосинтетичною активністю та стресостійкістю. Було встановлено, що ефективність метаболічних процесів безпосередньо залежить від синхронізації поглинання елементів відповідно до фаз росту рослин. Дослідження узагальнило експериментальні та теоретичні дані про роль кальцію в транспорті та сигналізації, сірки в синтезі білків, кремнію в зміцненні клітин та бору в репродуктивному розвитку. На основі цих висновків було розроблено функціональну біохімічну модель, яка показує, як послідовна активація поживних речовин покращує врожайність та підвищує стійкість до екологічного стресу. Модель була застосована для аналізу динаміки поживних речовин у Sorghum bicolor та Triticum spelta, що дозволило виявити, що дотримання цієї послідовності забезпечує метаболічну стабільність та стійку родючість ґрунту. Практичне значення дослідження полягає в його застосовності для агрономів, ґрунтознавців та дослідників у галузі фізіології рослин, а також для сільськогосподарських підприємств, які прагнуть підвищити ефективність управління поживними речовинами, оптимізувати стратегії удобрення та збільшити врожайність культур у рамках систем сталого землеробства
Ключові слова
біохімічна послідовність; живлення рослин; сірка; бор; кремній; кальцій; азот; фотосинтез; метаболізм; агроекосистема
- Alves, R.C., Nicolau, M.C.M., Checchio, M.V., da Silveira Sousa Junior, G., de Assis de Oliveira, F., Melo Prado, F., & Lupino Gratão, P. (2020). Salt stress alleviation by seed priming with silicon in lettuce seedlings: An approach based on enhancing antioxidant responses. Bragantia, 79(1), 19-29. doi: 10.1590/1678-4499.20190360.
- Bolokhovsky, V., Bolokhovska, V., Khomenko, T., Datsko, A., & Litvinova, O. (2024). Optimisation of plant nutrition under the influence of biopreparations in integrated sunflower cultivation technologies. Plant and Soil Science, 15(4), 64-75. doi: 10.31548/plant4.2024.64.
- Boubakry, C., Agyin-Birikorang, S., Adu-Gyamfi, R., Chambers, R.A., Tindjina, I., & Angzenaa, A.B. (2023). Improving agronomic effectiveness of elemental sulfur to increase productivity in sulfur-deficient soils. Agronomy Journal, 115(6), 3131-3143. doi: 10.1002/agj2.21458.
- Bruulsema, T., & Olson, R. (2024). The role of sulfur in meeting 4R nutrient stewardship goals. Crops & Soils, 57(3), 34-39. doi: 10.1002/crso.20360.
- Buchelt, A.C., Teixeira, G.C.M., Oliveira, K.S., Souza Rocha, A.M., de Mello Prado, R., & Caione, G. (2020). Silicon contribution via nutrient solution in forage plants to mitigate nitrogen, potassium, calcium, magnesium, and sulfur deficiency. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 20, 1532-1548. doi: 10.1007/s42729-02000245-7.
- Calero Hurtado, A., Chiconato, D.A., de Mello Prado, R., da Silveira Sousa Junior, G., & Felisberto, G. (2019). Silicon attenuates sodium toxicity by improving nutritional efficiency in sorghum and sunflower plants. Plant Physiology and Biochemistry, 142, 224-233. doi: 10.1016/j.plaphy.2019.07.010.
- Calero Hurtado, A., Chiconato, D.A., de Mello Prado, R., da Silveira Sousa Junior, G., & Felisberto, G. (2020). Silicon application induces changes in C:N:P stoichiometry and enhances stoichiometric homeostasis of sorghum and sunflower plants under salt stress. Saudi Journal of Biological Sciences, 27(12), 3711-3719. doi: 10.1016/j. sjbs.2020.08.017.
- de Farias Guedes, V.H., de Mello Prado, R., José Frazão, J., Silva Oliveira, K., & Osvaldo Cazetta, J. (2022). Foliarapplied silicon in sorghum (Sorghum bicolor L.) alleviates zinc deficiency. Silicon, 14, 281-287. doi: 10.1007/ s12633-020-00825-3.
- de Melo Peixoto, M., Alves Flores, R., do Couto, Ch.A., Pacheco, H.D.N., de Mello Prado, R., Souza-Junior, J.P., Castro-Netto, J.A., & Graciano-Ribeiro, D. (2022). Silicon application increases biomass yield in sunflower by improving the photosynthesizing leaf area. Silicon, 14, 275-280. doi: 10.1007/s12633-020-00818-2.
- Drobitko, А., & Kachanova, T. (2023). Agroecological substantiation of technologies for growing grain crops in the conditions of the Southern Steppe of Ukraine. Ukrainian Black Sea Region Agrarian Science, 27(4), 9-17. doi: 10.56407/bs.agrarian/4.2023.09.
- Gamayunova, V., & Sydiakina, O. (2023). The problem of nitrogen in modern agriculture. Ukrainian Black Sea Region Agrarian Science, 27(3), 46-61. doi: 10.56407/bs.agrarian/3.2023.46.
- Harbar, L., Lishchuk, U., Dovbash, N., & Knap, N. (2021). Fertiliser efficiency in the formation of sunflower productivity. Plant and Soil Science, 12(1), 28-38. doi: 10.31548/agr2021.01.0028.
- Hernandez, L.E., Ruiz, J.M., Espinosa, F., Alvarez-Fernandez, A., & Carvajal, M. (2024). Plant nutrition challenges for a sustainable agriculture of the future. Physiologia Plantarum, 176(6), article number e70018. doi: 10.1111/ ppl.70018.
- Khan, A.L. (2025). Silicon: A valuable soil element for improving plant growth and CO2 sequestration. Journal of Advanced Research, 71, 43-54. doi: 10.1016/j.jare.2024.05.027.
- Khan, M.I.R., Nazir, F., Maheshwari, Ch., Chopra, P., Chhillar, H., & Sreenivasulu, N. (2023). Mineral nutrients in plants under changing environments: A road to future food and nutrition security. The Plant Genome, 16(4), article number e20362. doi:10.1002/tpg2.20362.
- Rahman, A.A., Brooks, K., Conley, S.P., Gaska, J.M., Irby, T., Knott, C., Lee, C., Lindsey, L.E., Mourtzinis, S., Naeve, S., Ross, W.J., Singh, M.P., Vann, R.A., & Matcham, E.G. (2025). Impact of sulfur and nitrogen fertilization on seed composition of soybean. Frontiers in Sustainable Food Systems, 9, article number 1572255. doi: 10.3389/ fsufs.2025.1572255.
- Réthoré, E., Ali, N., Pluchon, S., & Hosseini, S. A. (2023). Silicon enhances Brassica napus tolerance to boron deficiency by the remobilisation of boron and by changing the expression of boron transporters. Plants, 12(13), article number 2574. doi: 10.3390/plants12132574.
- Sahin, O., Yagcioglu, K.D., Kadioglu, Y.K., & Gunes, A. (2024). Evaluating ecological nano-calcium from eggshells: Effects on calcium nutrition and oxidative stress in lettuce under saline and boron toxicity. Journal of Plant Growth Regulation, 43, 4416-4425. doi: 10.1007/s00344-024-11407-7.
- Sharma, R.K., Cox, M.S., Oglesby, C., & Dhillon, J.S. (2024). Revisiting the role of sulfur in crop production: A narrative review. Journal of Agriculture and Food Research, 15, article number 101013. doi: 10.1016/j.jafr.2024.101013.
- Sheng, H., Lei, Y., Wei, J., Yang, Z., Peng, L., Li, W., & Liu, Y. (2024). Analogy of silicon and boron in plant nutrition. Frontiers in Plant Science, 15, article number 1353706. doi: 10.3389/fpls.2024.1353706.
- Sun, T., et al. (2024). Unlocking the potential of nanoscale sulfur in sustainable agriculture. Chemical Science, 15, 4709-4722. doi: 10.1039/D3SC06122A.
- Trembitska, O., Kovalov, V., Klymenko, T., Zhuravel, S., & Fedorchuk, S. (2020). Agroecological state of the Zhytomyr Polissia and the impact of fertilization systems on the fertility of soils contaminated with by radionuclides. Zhytomyr: ZhNAEU.
- Vera-Maldonado, P., Aquea, F., Reyes-Díaz, M., Cárcamo-Fincheira, P., Soto-Cerda, B., Nunes-Nesi, A., & Inostroza-Blancheteau, C. (2024). Role of boron and its interaction with other elements in plants. Frontiers in Plant Science, 15, article number 1332459. doi: 10.3389/fpls.2024.1332459.
- Wang, T., Chen, X., Ju, C., & Wang, C. (2023). Calcium signaling in plant mineral nutrition: From uptake to transport. Plant Communications, 4(6), article number 100678. doi: 10.1016/j.xplc.2023.100678